數(shù)控機(jī)床摩擦自激振動研究

周匯洋

（湖北文理學(xué)院理工學(xué)院，湖北 襄陽441000）

在數(shù)控機(jī)床的工作過程中，不同坐標(biāo)軸的低速進(jìn)給系統(tǒng)若想實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的運(yùn)行，必須確保數(shù)控機(jī)床相關(guān)零配件的緊密度符合標(biāo)準(zhǔn)，只有這樣才能實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床運(yùn)行質(zhì)量的提升和運(yùn)行效率的保障。同時，在數(shù)控機(jī)床技術(shù)不斷發(fā)展和成熟的背景下，數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)對于高精密度的零配件要求也更加全面，這就導(dǎo)致現(xiàn)階段部分?jǐn)?shù)控機(jī)床在實(shí)際應(yīng)用過程中，由于數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給速度與零配件精密度存在偏差，從而使數(shù)控機(jī)床在運(yùn)行過程中出現(xiàn)了摩擦自激振動的現(xiàn)象。這一現(xiàn)象的發(fā)生會導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床的切削能力降低，且會加快數(shù)控機(jī)床各個零配件的磨損速度，同時會影響工作開展的效率和生產(chǎn)的進(jìn)度。為尋求有效解決數(shù)控機(jī)床摩擦自激振動問題的方法，文章從如何實(shí)現(xiàn)負(fù)阻尼的消除方面及如何實(shí)現(xiàn)對數(shù)控機(jī)床機(jī)械運(yùn)動功能的優(yōu)化方面入手作重點(diǎn)闡述，希望以此有效解決數(shù)控機(jī)床的摩擦自激振動問題，進(jìn)而提升數(shù)控機(jī)床工作的連續(xù)性及數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和實(shí)效性[1]。

1 摩擦自激振動概述

自激振動在自然界和生活中是很常見的。例如，樹梢在狂風(fēng)中呼嘯，提琴奏出悠揚(yáng)的小夜曲，自來水管突如其來的喘振，夜深人靜時聽到墻上老式掛鐘持續(xù)地發(fā)出滴答的擺動聲，這些無不是各式各樣的自激振動。用車、銑、刨、磨等機(jī)床加工時，如果摩擦和振動存在問題，刀具產(chǎn)生的自激振動會在工件表面上制造波浪式的紋路，嚴(yán)重影響零件加工的光潔度和機(jī)床的壽命。因此，自激振動是一種相當(dāng)普遍的現(xiàn)象。自激振動的發(fā)生需要兩個條件：1）系統(tǒng)在平衡點(diǎn)附近的不穩(wěn)定性；2）迫使系統(tǒng)的工作點(diǎn)略微偏離平衡點(diǎn)的外界擾動。由此可見，自激振動并非不需要外界的激勵[2]。

從物理學(xué)的原理分析，摩擦自激振動屬于物理中的摩擦振動作用。在數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)中，通過設(shè)備之間的摩擦，能夠?qū)崿F(xiàn)對滑動導(dǎo)軌動靜摩擦系數(shù)差的有效判斷。在這一背景下，數(shù)控機(jī)床的阻尼必然會受到一定的影響，進(jìn)而產(chǎn)生摩擦自激振動。從爬行現(xiàn)象來分析，數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)就是一個穩(wěn)定整個數(shù)控機(jī)床運(yùn)行體系的載體，在數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行過程中，設(shè)備運(yùn)動所產(chǎn)生的摩擦力會對工作臺的運(yùn)動速度造成一定的影響，且兩者之間的影響關(guān)系是非線性的影響關(guān)系。在此，可以將這一非線性的影響關(guān)系進(jìn)行函數(shù)算法的求證和分析，以此深入判斷和論述數(shù)控機(jī)床運(yùn)行系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性，同時有效地解讀摩擦自激振動中存在的問題。在非線性的函數(shù)運(yùn)算中，主要指的是對一次諧波的幅值以及輸入幅值兩者之間關(guān)系的有效佐證和對比，將兩者之間的關(guān)系作為數(shù)控機(jī)床勻速運(yùn)動的主要依據(jù)，對數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動速度常數(shù)展開分析與研究，從而可以對運(yùn)動的速度進(jìn)行變量的分析，以此計算摩擦自激振動的具體狀況以及摩擦力下的設(shè)備周期性擾動值[3]。

2 數(shù)控機(jī)床摩擦自激振動的消除方法

2.1 消除負(fù)阻尼區(qū)

在數(shù)控機(jī)床處于低速運(yùn)動的過程中，需要對數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動特征進(jìn)行有效分析和判斷，同時需要針對數(shù)控機(jī)床的負(fù)阻尼區(qū)存在的摩擦自激振動問題展開研究和探索。通過該方法的應(yīng)用，能夠有效地解決數(shù)控機(jī)床在低速運(yùn)動過程中出現(xiàn)的摩擦自激振動問題，且有效地消除負(fù)阻尼區(qū)對摩擦自激振動的干擾和影響。

例如：首先，需要在數(shù)控機(jī)床的低速運(yùn)動過程中設(shè)計一個正阻尼，然后對該阻尼進(jìn)行系數(shù)的分析與判斷，明確系數(shù)的具體值，然后再對負(fù)阻尼區(qū)進(jìn)行摩擦自激振動問題的查找和消除。通過該方法的應(yīng)用，能夠進(jìn)一步提升負(fù)阻尼區(qū)的摩擦自激振動有效性，降低其存在問題的概率。其次，需要對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行阻尼系數(shù)的正確應(yīng)用，判斷與研究摩擦自激振動中存在的問題，了解造成摩擦自激振動問題的主要原因，然后進(jìn)行問題的消除和干預(yù)，以此實(shí)現(xiàn)摩擦自激振動能力的提升。

另外，還需要對數(shù)控機(jī)床摩擦自激振動問題中的勵磁系統(tǒng)進(jìn)行判斷與研究，且需要將之作為判斷數(shù)控機(jī)床摩擦自激振動問題的重要板塊，通過對勵磁系統(tǒng)振動源頭的有效判斷，實(shí)現(xiàn)對振動源頭的精準(zhǔn)定位，然后根據(jù)定位數(shù)據(jù)對負(fù)阻尼區(qū)進(jìn)行運(yùn)動能量和運(yùn)動激勵的分析與判斷，以此保證兩者之間的協(xié)調(diào)性和統(tǒng)一性，提升兩者之間的配合性與一致性。只有這樣，才能夠?qū)崿F(xiàn)勵磁系統(tǒng)在數(shù)控機(jī)床運(yùn)動軌跡中的有效應(yīng)用，且能夠?qū)φ駝釉搭^做精確的定位和設(shè)計，以此實(shí)現(xiàn)勵磁系統(tǒng)對負(fù)阻尼區(qū)的有效干預(yù)和控制。這是消除摩擦自激振動的一個重要手段，同時也是從根本上消除負(fù)阻尼區(qū)的有效方法。該方法的應(yīng)用需要與增加正阻尼區(qū)配合進(jìn)行，進(jìn)一步提升消除摩擦自激振動問題的概率。同時，還需要對自激振動進(jìn)行函數(shù)計算，得出振動的數(shù)據(jù)和造成振動異常的主要因素，以此確定徹底消除負(fù)阻尼區(qū)的方法和應(yīng)用手段，實(shí)現(xiàn)勵磁電流對數(shù)控機(jī)床運(yùn)動結(jié)構(gòu)的有效支撐和幫助。

在分析勵磁系統(tǒng)之后，雖然有效解決了數(shù)控機(jī)床摩擦自激振動問題，且成功消除了負(fù)阻尼區(qū)，但是還需要特別關(guān)注的一個問題，即如何實(shí)現(xiàn)對定位勵磁系統(tǒng)振動源頭的有效控制，通過解釋振動源頭實(shí)現(xiàn)對數(shù)控機(jī)床摩擦自激振動的相量分析。在此，需要結(jié)合相量轉(zhuǎn)換之后的運(yùn)動能量做有效組合與搭配，然后根據(jù)不同的相量大小，針對相量之間的具體差異，對勵磁系統(tǒng)以及負(fù)阻尼區(qū)的消除進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)和參數(shù)信息的分配和處理，進(jìn)而有效消除負(fù)阻尼區(qū)，有效解決摩擦自激振動問題。

2.2 優(yōu)化機(jī)械運(yùn)動功能

首先，需要在優(yōu)化數(shù)控機(jī)床摩擦自激振動問題的時候，實(shí)現(xiàn)對數(shù)控機(jī)床運(yùn)動功能的有效調(diào)整和干預(yù)，以此實(shí)現(xiàn)對摩擦自激振動類型的改變。通過該方法的應(yīng)用，能夠讓數(shù)控機(jī)床的摩擦自激振動特征發(fā)生相應(yīng)的變化，且進(jìn)一步穩(wěn)定摩擦自激振動的效果。比如，在實(shí)際應(yīng)用過程中，可以在導(dǎo)軌的表面均勻地刷涂一層聚四氯乙烯，有效地加強(qiáng)數(shù)控機(jī)床摩擦自激振動的效果，且能夠改變其摩擦自激振動的特征和方法，進(jìn)而提升數(shù)控機(jī)床摩擦自激振動效能，實(shí)現(xiàn)摩擦自激振動能力的顯著進(jìn)步。同時，通過該方法的應(yīng)用，能夠有效地從源頭上控制數(shù)控機(jī)床在摩擦自激振動的過程中出現(xiàn)的負(fù)阻尼區(qū)問題，這對于緩解數(shù)控機(jī)床的工作壓力、提升數(shù)控機(jī)床的工作質(zhì)量、提升數(shù)控機(jī)床摩擦自激振動的穩(wěn)定性和生產(chǎn)能力有著一定的支撐和幫助作用。

其次，需要在優(yōu)化數(shù)控機(jī)床摩擦自激振動問題的時候，對數(shù)控機(jī)床的各類精密零件設(shè)備進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)計算與調(diào)整。通過該方法的應(yīng)用，統(tǒng)一數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)性，且能夠讓數(shù)控機(jī)床在工作的過程中避免出現(xiàn)共振的現(xiàn)象。這對于延長數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用壽命，降低數(shù)控機(jī)床的損壞率和故障率有著一定的幫助，且對于后續(xù)的機(jī)械運(yùn)動功能優(yōu)化也有著重要的支撐和輔助作用。通過對設(shè)備中精密儀器數(shù)據(jù)的計算、調(diào)整和控制，能夠大大減少不協(xié)調(diào)振動導(dǎo)致的數(shù)控機(jī)床摩擦自激振動問題，且減輕導(dǎo)軌的正向運(yùn)動壓力，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)軌運(yùn)動質(zhì)量的提升[4]。

最后，需要對數(shù)控機(jī)床的機(jī)械運(yùn)動功能進(jìn)行傳統(tǒng)系統(tǒng)的優(yōu)化和完善，提升數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動韌性及數(shù)控機(jī)床摩擦自激振動的剛性。

2.3 其他消除摩擦自激振動的措施

首先，可以從如何減少正向壓力N的方面入手，設(shè)計消除摩擦自激振動的措施，以此采用各個類型的卸荷裝置及相關(guān)設(shè)備，對機(jī)床進(jìn)行液壓卸荷的操作，或者進(jìn)行機(jī)械卸荷的操作，或者進(jìn)行中心卸荷的操作等。通過該方法的應(yīng)用，能夠有效地從正向壓力N降低數(shù)控機(jī)床的摩擦自激振動頻率。

其次，可以結(jié)合液體摩擦的方法來有效替代邊界摩擦。通過該方法的應(yīng)用，能夠有效實(shí)現(xiàn)對機(jī)床摩擦自激振動作用的消減。在此，需要關(guān)注的問題是，技術(shù)人員要結(jié)合靜壓絲杠副、靜壓導(dǎo)軌等，對油膜支承進(jìn)行摩擦系數(shù)的有效計算和分析。一般情況下，需要將之控制在0.000 5 ～0.001，且需要確保△f≈0。因此，只有在減少△f的同時，才能控制自激摩擦的效果。

最后，可以結(jié)合導(dǎo)軌面噴涂的方法，或者是普通導(dǎo)軌防爬油應(yīng)用的方法對自激摩擦效果進(jìn)行控制與管理。在此，需要對噴涂當(dāng)量進(jìn)行控制，特別是在進(jìn)行防爬油應(yīng)用的時候，要明確應(yīng)用的臨界速度，且確保臨界速度為vc=0.003 8mm/s。同時，需要確?！鱢在0 ～0.09。只有這樣，才能讓導(dǎo)軌噴涂技術(shù)的應(yīng)用和防爬油的應(yīng)用更加有效。

3 結(jié)束語

綜上所述，在數(shù)控機(jī)床的摩擦自激振動問題分析與解決過程中，相關(guān)人員必須對數(shù)控機(jī)床的精密零件相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析與研究，通過搭配零件的方法實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床運(yùn)動效能的提升以及運(yùn)動基礎(chǔ)的穩(wěn)定。另外，還需要對數(shù)控機(jī)床的摩擦自激振動問題所產(chǎn)生的根本原因展開研究和探索，通過調(diào)整正阻尼區(qū)的方法、消除負(fù)阻尼區(qū)的方法、提高運(yùn)動系統(tǒng)阻尼運(yùn)動系數(shù)的方法等，實(shí)現(xiàn)對摩擦自激振動問題的有效解決和處理。同時，在這一環(huán)境下，還需要對數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動質(zhì)量、摩擦自激振動效果、動靜差值以及低速運(yùn)動的摩擦自激振動需求等做綜合性的分析與判斷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對機(jī)械運(yùn)動功能的全面優(yōu)化和提升。